6. Формирование телевизионного сигнала

6.1. Общие сведения о телевизионном сигнале

6.1.1. Форма полного телевизионного сигнала

Для упрощения процесса ознакомления целесообразно рассмотреть сначала структуру телевизионного сигнала во временном интервале, где отсутствуют кадровые гасящие импульсы (КГИ). Форма полного телевизионного сигнала, соответствующего одному периоду строчной развертки T_z, представлена на рис. 6.1. В интервале времени T_z1, соответствующем прямому ходу строчной развертки, передается видеосигнал, представляющий собой совокупность электрических импульсов, пропорциональных яркости передаваемых элементов изображения. Уровень видеосигнала, соответствующий минимальному значению яркости, называется уровнем черного, а уровень, соответствующий максимальному значению яркости, - уровнем белого. Между этими уровнями располагаются все остальные значения видеосигнала, соответствующие промежуточным значениям яркости.

Свет по своей природе униполярен, так как яркость не может .быть отрицательной величиной. Видеосигнал, являясь величиной, пропорциональной яркости изображения, также униполярен, т.е. изменяется в одну сторону от нулевого значения и, следовательно, имеет «постоянную» составляющую, пропорциональную средней яркости передаваемого изображения. Если уровню белого соответствует максимальное значение сигнала, а уровню черного - минимальное, то полярность такого сигнала называется положительной, а сигнал - позитивным. В обратном случае видеосигнал имеет отрицательную полярность и является негативным.

Величина полного телевизионного сигнала определяется его размахом, т.е. разностью между максимальным и минимальным значениями напряжения (U_max), и выражается в вольтах.

Чтобы обратные ходы разверток не были заметны на изображении, необходимо яркость в это время сделать минимальной. Для этой цели в видеосигнал во время обратного хода строчной и кадровой разверток вводятся специальные строчные гасящие импульсы (СГИ) и КГИ, длительность которых соответствует длительности обратных ходов строчной и кадровой разверток. По форме ГИ представляют собой прямоугольные импульсы. Второе назначение ГИ заключается в передаче «постоянной» составляющей телевизионного сигнала.

Рис. 6.1. Форма полного телевизионного сигнала положительной полярности на строчном интервале

С этой целью амплитуда СГИ меняется в соответствии с величиной напряжения «постоянной» составляющей.

Строчные и кадровые синхроимпульсы (ССИ, КСИ), передаваемые по каналу связи, не должны мешать передаче видеосигнала, поэтому их располагают на вершинах ГИ в так называемой области «чернее черного». Различие между ними состоит в частоте повторения и длительности: частота повторения ССИ соответствует частоте строк f_z, а длительность равна 4,7 мкс, частота следования КСИ равна 50 Гц при длительности 160 мкс.

В полном телевизионном сигнале за опорный принимается уровень ГИ. Он создает границу между областью передачи видеосигнала и областью передачи сигналов синхронизации. Если принять весь размах полного телевизионного сигнала U_max за 100%, то согласно стандарту амплитуда синхронизирующих импульсов (СИ) всегда должна составлять 30% от этого максимума вне зависимости от содержания изображения. Это постоянство амплитуды обеспечивает надежное их отделение от видеосигнала в телевизорах с помощью амплитудных селекторов, которые представляют собой амплитудные ограничители. Уровень белого видеосигнала при положительной полярности (см. рис. 6.1) отстоит от максимального уровня полного телевизионного сигнала (контрольного уровня белого) на 10...15%, а между уровнем черного и уровнем ГИ располагается охранная полоса, составляющая от 0 до 7% от U_max. Охранный уровень в области белого предохраняет канал связи от перегрузок. Охранная полоса в области черного необходима для предохранения синхронизирующих импульсов от попадания импульсных помех из области видеосигнала.

Структура полного телевизионного сигнала во время передачи КГИ показана на рис. 6.2. Строки кадра нумеруются последовательно числами от 1 до 625, начиная от передачи фронта КСИ в первом поле. Первым считается то поле, у которого фронты КСИ и ССИ совпадают. При чересстрочной развертке первое поле включает строки с 1 по 312 и половину 313 строки, а второе поле включает вторую половину строки 313 и строки с 314 по 625.

Для исключения нарушений строчной синхронизации ССИ следует передавать и во время КГИ, и в течение КСИ. Поэтому ССИ во время передачи КСИ помещаются внутри него в виде врезок, из которых в телевизорах формируются обычные ССИ.

Разделение сигналов синхронизации строк и полей (кадров) в телевизионном приемнике после отделения их с помощью амплитудного селектора с целью направления к соответствующим генераторам разверток осуществляется с помощью дифференцирующей и интегрирующей цепей. Причем дифференцирующая цепь, имеющая постоянную времени значительно меньше длительности ССИ (R_дифC_диф << 4,7 мкс), используется для выделения сигнала синхронизации строк, а интегрирующая цепь с постоянной времени R_интC_инт ≈ 160 мкс позволяет выделять КСИ (рис. 6.3, а). За время действия ССИ напряжение на выходе интегрирующей цепи незначительно возрастает, а затем спадает (рис. 6.3, б). В результате интегрирования последовательности синхронизирующих импульсов полей напряжение на выходе цепи достигает почти максимального значения. Следовательно, здесь разница в длительности импульсов строк и полей преобразуется в разницу их размахов (см. рис. 6.3, б).

Рис. 6.2. Форма полного телевизионного сигнала отрицательной полярности на кадровом интервале

Рис. 6.3. Выделение КСИ с помощью интегрирующей цепи:

а - принципиальная схема интегрирующей цепи; б - кривая интегрирования синхронизирующих импульсов

При чересстрочной развертке (число строк z в кадре всегда нечет­ное) структуры сигнала синхронизации для первого и второго полей каждого кадра одинаковы, но имеется и различие. Оно заключается в том, что начала разверток по строкам смещены в соседних полях на 0,5Н, где Н - условное обозначение периода строчной развертки, равное 64 мкс. По этой причине интервал между последним ССИ и началом импульса синхронизации одного поля равен 3Н, а для друго­го поля 3,5Н. Это обусловливает и соответствующий временной сдвиг строчных врезок относительно фронта КСИ. В результате фор­ма сигнала синхросмеси четных и нечетных полей оказывается не­одинаковой. Из-за этого формы интегрированных импульсов (на вы­ходе интегрирующей цепи) для четных и нечетных полей также будут различными. Так как порог ограничения для выделения КСИ из сово­купности интегрированных импульсов постоянный (U_огр на рис. 6.3, б), то при синхронизации кадрового генератора такими импульсами мо­жет произойти нежелательный сдвиг во времени начала обратных ходов развертки по полям. Наличие такого сдвига приведет к частич­ному нарушению чересстрочной развертки, которое проявляется в частичном спаривании четных и нечетных строк. Спаривание строк ухудшает качество изображения. Становится заметной строчная структура, уменьшается четкость по вертикали. Поэтому необходимо так изменить форму сигнала синхросмеси, чтобы исчезло различие между кривыми интегрирования четных и нечетных полей. Для этого перед каждым КСИ размещается передняя (n_уи = 2,5Н), а после него задняя (l_уи = 2,5Н) последовательности уравнивающих импульсов, следующих с двойной строчной частотой 2f_z = 31 250 Гц. С такой же частотой следуют и врезки в течение интервала КСИ. Длительность как врезок, так и уравнивающих импульсов составляет 2,35 мкс. При этом приведенная на рис. 6.2 форма полного телевизионного сигнала обеспечивает сохранение стабильной синхронизации по строкам во время следования гасящих импульсов полей.